Java虚拟机(内存相关基础概念)

运行时数据区

java虚拟机会在java程序执行的过程中把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域.这些区域有各自的用途,创建以及销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有的则依赖用户线程的启动和结束而创建和销毁.

会分为以下几个区域:
所有线程共享:
1.方法区,(常量池是方法区的一部分)
2.Heap堆区

线程隔离:
3.java虚拟机栈区
4.本地方法栈区
5.程序计数器区

其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈 3个区域随线程创建而创建,随线程而毁灭

如下图:


运行时数据区

程序计数器

是线程私有的,生命周期和线程相同,程序计数器是一块较小的内存区域,记录线程独立的一些操作,选取下一条需要执行的字节码指令,分支,循环,跳转,异常处理,线程恢复等基础功能都需要依赖计数器来完成

Java虚拟机栈

与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame[1])用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。(即是 : 方法进栈和出栈的过程)

我们平时把Java内存区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),而其中的栈(Stack)就是指Java虚拟机栈(实际上Java内存区域的划分实际上远比这复杂)

本地方法栈

本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务

Java堆

Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。
Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此有点时候也被称做“GC堆”,从内存回收的角度来看,由于现在收集器基本都采用分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像电脑磁盘空间一样。

方法区

方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。有的人会把方法区称为“永久代”

运行时常量池

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

对象的创建

虚拟机遇到一条new指令时,首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有,那必须先执行相应参数类的加载过程.

在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定,为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

从Java堆中划分内存一般有两种方式:

“指针碰撞”(Bump the Pointer ) :
假设Java堆中内存是绝对规整的,所有用过的内存都放在一边,空闲的内存放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为“指针碰撞”

“空闲列表”(Free List):
如果Java堆中的内存并不是规整的,已使用的内存和空闲的内存相互交错,那就没有办法简单地进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录上哪些内存块是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式称为“空闲列表”

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)

对象头(Header)包括两部分信息
第一部分用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等

另外一部分是类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例

如果对象是一个Java数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据

实例数据(Instance Data)
实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来

对齐填充(Padding)
第三部分对齐填充并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。

对象的访问定位

通过句柄访问:

通过句柄访问对象

通过指针访问:

通过指针访问
ps:除了 程序计数器 不会发生OOM,其他区域当申请的内存开销 ,大于系统限制的内存就会发生OutOfMemoryError异常(OOM)或者StackOverflowError异常
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